750kV分级投切式可控高压并联电抗器的动态模拟研究

秦睿，郭文科，王惠中

(1.甘肃省电力科学研究院，甘肃 兰州 730050;2.兰州理工大学 电气工程与信息工程学院，甘肃 兰州 730050)

0 引言

为解决煤炭、水利、风能等一次能源与负荷中心分布极不平衡的问题，我国交流电力系统骨干网架宜采用超/特高压紧凑型线路实现远距离、大容量的输电，达到资源的集约配置[1]。在超/特高压电网中，可控并联电抗器(controlled shunt reactor，CSR)可简化系统无功电压控制、抑制工频过电压和操作过电压、消除发电机自励磁、动态补偿线路充电功率、抑制潜供电流、阻尼系统谐振等功能，除了具有传统并联电抗器的优点以外，可以平滑调节系统无功功率，对系统扰动所引起的动态稳定反应迅速，提高系统稳定性，增大输电能力，提高电网的运行效益[2－5]。

1 SCSR的结构及工作原理

图1所示为感性无功功率的控制[6]。

2 SCSR保护系统的特点及功能

2.1 SCSR保护系统的特点

目前，我国已开始了对750kV分级投切式可控高抗的研制和生产，750kV分级投切式可控高抗的保护配置也正处于研发阶段，其保护的研究主要有以下特点[7，8]:

首先，相对于传统的固定高抗，750kV分级投切式可控高抗除了一次线圈外还有二次线圈，所以750kV分级投切式可控高抗保护的配置也就变得复杂一些。

其次，根据750kV分级投切式可控高抗的工作原理可知，其实质上是在100%工作容量下二次绕组工作于短路状态的高阻抗变压器。为了实现容量的可控，二次绕组是根据串接电抗值的不同分级调节电抗器的工作容量，由此，二次绕组最大的特点是二次绕组在各种容量下的短路电流都小于其各级容量下的工作电流。因为传统的保护都是根据短路情况下电压的降低和电流的增大来实现的，所以这个特点给保护的配置加大了难度。

再次，750kV分级投切式可控高抗最大的特点是，在100%工作容量下二次绕组50%金属性匝间短路时，其短路环电流为零，此时二次电流为额定工作电流，保护很难检测到此种故障。

图1 分级投切式可控高压并联电抗器单相原理接线

2.2 SCSR保护系统功能

为了保证750kV分级投切式可控高抗安全稳定的运行，其保护系统主要提供以下功能的保护[9－12]:阀拒触发保护;阀持续触发保护;阀裕度不足保护;阀过电压保护;断路器误动保护;断路器失灵保护;暂态保护。

2.2.1 阀保护

可控高抗晶闸管阀工作于开关状态，用于投切与之并联的电抗器。其阀保护主要由阀拒触发保护、阀持续触发保护、阀裕度不足保护和阀过电压保护等组成。其中，阀拒触发保护和阀持续触发保护主要用于保护阀触发系统的故障;阀裕度不足保护主要用于保护阀裕度不足时避免因承受过电压而导致损坏;阀过电压保护主要用于保护串联负载电抗器断线引起的阀过电压。

2.2.2 断路器保护

断路器保护主要包含断路器误动保护和断路器失灵保护。断路器误动保护分为断路器误分保护和断路器误合保护。断路器失灵保护分为合闸失灵保护和分闸失灵保护。

3 SCSR动模试验研究

3.1 SCSR模拟系统的设计

750kV分级投切式可控高抗动模试验建立试验系统模型为750kV新疆西藏联网工程中的哈密经敦煌到酒泉的同塔双回等值输电系统。模型系统如图2所示。其中，哈密侧用一台同步发电机模拟哈密等值系统。酒泉侧用无穷大电源模型模拟酒泉等值系统。可控高抗安装在敦煌750kV母线侧。可控高抗本体为一台高短路阻抗变压器，其二次侧并联不同的分级电抗，通过对各级电抗的短接实现变压器整体短路阻抗的分级调节，可控高抗具体参数见表1。哈密～敦煌，敦煌～酒泉分别为两回同塔双回输电线路。

图2 动模试验系统结构

3.2 SCSR模拟装置的参数设定

当用于模拟750kV输电系统中 SCSR时，参考实际系统中SCSR的 CT变比 kIr=800/1，PT变比 kUr=750/0.1，实验室动模系统 SCSR 选取 CT变比 kIm=2/1，PT变比 kUm=1.5/0.1，则实际系统中SCSR与实验室模拟SCSR的容量比为

若模拟实际系统额定容量为300 Mvar的SCSR，则模拟SCSR的额定容量为:

可控高抗模拟装置模拟量变比参数设置，具体见表2。

表1 SCSR装置主体参数

表2 SCSR装置模拟量变比

3.3 试验数据及结论

根据《UP/CSR_CP－10可控高抗控制保护系统 RTDS动模试验报告》的试验数据进行分析[13]。

3.3.1 断路器保护

断路器保护试验包括可控高抗二次各级断路器的拒动作及误动作试验。

(1)断路器拒动作试验

由控制保护系统下达容量调节命令，而RTDS中相应的断路器设置为不受外部控制系统控制，而人为制造断路器拒动现象，包括分闸失灵及合闸失灵两种情况。在该试验中，分别模拟50%、75%、及100%级断路器拒动作，无论是分闸失灵还是合闸失灵试验，试验结果均为失灵后闭锁本级容量。

(2)断路器误动试验

断路器误动试验中，可控高抗的二次侧旁路断路器在未收到外部控制保护系统发出的动作信号的情况下，利用RTDS内部逻辑控制模型中相应的断路器进行误合闸及误分闸操作。断路器误合闸时，闭锁本级及以下级别的容量调节;断路器误分时，只闭锁本级容量调节。

3.3.2 阀保护

当阀过电压保护动作时，触发100%级阀，并闭合100%级断路器，禁止高抗所有容量等级的调节。若100%级断路器有故障，则跳高抗断路器。当阀拒触发保护动作时，发出报警，并启动故障录波。当阀持续导通保护动作或者阀裕度不足保护动作时，闭合该级旁路断路器，如该级断路器禁止操作，则触发上一级阀并合上一级断路器，若100%级断路器有故障，则跳高抗断路器。

利用RTDS控制逻辑，控制接受到阀触发信号后将其展宽，模拟阀在接受到触发信号后持续导通的状态。模拟持续导通时间分别设为420 ms(I段定值)及620 ms(II段定值)。当持续导通时间为420 ms时，各级的A、B、C相阀持续导通保护动作，上两级旁路断路器闭合，同时闭锁本级及上一级容量调节。当持续导通时间大于II段时间定值时，三级容量闭锁，并跳开高抗的一次侧母线断路器，如图3所示，即50%级A相阀持续导通试验录波图，导通时间为530 ms，100%与75%级旁路拒动，所有开关均跳开。试验中如果阀持续导通保护动作后，阀仍持续导通，则跳开高抗的一次侧母线断路器。

图3 阀持续导通保护试验录波图

4 结束语

(1)分级投切式可控高抗是将变压器和电抗器设计成一体，将变压器的漏抗设计为100%，根据其工作原理和特点可知，理论上能实现无过渡过程控制，具有谐波电流小、响应速度快、功率损耗小等优点;

(2)分级投切式可控高抗由于其自身的特点，它的保护配置具有一定的难度和研究价值。为了给我国的超/特高压工程做好充分的准备工作，可控高抗保护的研究显得尤为重要。

(3)对分级投切式可控高抗保护系统进行动态模拟试验研究，试验结果表明，分级投切式可控高抗的阀保护及断路器保护满足要求，能够保证可控高抗稳定安全的运行。

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